【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PI 接口進(jìn)行配置的。 SPI 接口是標(biāo)準(zhǔn)的 SPI 接口，其最大的數(shù)據(jù)傳輸率為 10Mbps，大多數(shù)寄存器是可讀的。SPI 指令設(shè)置：SPI 接口可能用到的指令在下面有所說(shuō)明。 CSN 為低后， SPI 接口等待執(zhí)行指令，每一條指令的執(zhí)行都必須通過(guò)一次 CSN 由高到低的變化。中斷：NRF24L01 的中斷引腳（IRQ）為低電平觸發(fā)，當(dāng)狀態(tài)寄存器中 TX_DS、RX_DR 或 MAX_RT 為高時(shí)觸發(fā)中斷。當(dāng) MCU 給中斷源寫‘1’時(shí)，中斷引腳被禁止。可屏蔽中斷可以被 IRQ 中斷屏蔽。通過(guò)設(shè)置可屏蔽中斷位為高，則中斷響應(yīng)被禁止。默認(rèn)狀態(tài)下所有的中斷源是被禁止的。 GSM模塊GSM是Global System for Mobile Communications的縮寫，意為全球移動(dòng)通信系統(tǒng)是世界上主要的蜂窩系統(tǒng)之一，GSM屬于第二代（2G）蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，它是基于窄帶TDMA制式，80年代興起于歐洲，GSM通信方式的方便之處在于它提供了一個(gè)智能卡，即SIM卡，并且機(jī)卡可以分離，這樣用戶可以更換GSM通信終端而無(wú)需更換SIM卡ID。GSM通信方式還允許用戶發(fā)送和接收每條不超過(guò)160字長(zhǎng)度的短信息，這就促成了GSM通信網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控裝置的實(shí)際應(yīng)用向結(jié)合。GSM網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，適合用于緊急情況時(shí)候保持穩(wěn)定。開發(fā)人員使用ARM或者單片機(jī)通過(guò)RS232串口與GSM模塊通信，使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令來(lái)控制GSM模塊實(shí)現(xiàn)各種無(wú)線通信功能，例如：發(fā)送短信，撥打電話，GPRS撥號(hào)上網(wǎng)等?；贕SM模塊產(chǎn)品的開發(fā)往往都是基于ARM平臺(tái)，使用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。有些GSM模塊具有“開放內(nèi)置平臺(tái)”功能，可以讓客戶將自己的程序嵌入到模塊內(nèi)的軟件平臺(tái)中。 GSM模塊的使用在本系統(tǒng)中，我們使用名為TC35的GSM模塊來(lái)跟急救站來(lái)進(jìn)行短信通信，進(jìn)而發(fā)送控制信息和接收反饋信息，圖為TC35的電路原理圖 TC35的電路原理圖使用 AT命令實(shí)現(xiàn)收發(fā)短信收發(fā)短信及相關(guān)操作 AT命令A(yù)T+CMGR讀短消息；AT+CMGS發(fā)送短消息；AT+CMGC發(fā)出一條短消息命令；AT+CMGF選擇短消息信息格式：0 PDU，1文本；AT+CMGW向 SIM內(nèi)存中寫入待發(fā)的短消息；AT+CMNI顯示新收到的短消息；單片機(jī)端輸入以上指令，通過(guò)串口與GSM模塊通信，便能實(shí)現(xiàn)手機(jī)與模塊的短信收發(fā)。 Android開發(fā) Android系統(tǒng)介紹Android是一種以Linux為基礎(chǔ)的開放源碼操作系統(tǒng)，主要使用于手機(jī)或平板電腦等便攜設(shè)備。Android操作系統(tǒng)最初由Andy Rubin開發(fā)，最初主要支持手機(jī)。2005年由Google收購(gòu)注資，并與多家制造商組成開放手機(jī)聯(lián)盟開發(fā)改良，逐漸擴(kuò)展到平板電腦及其他領(lǐng)域上。 2010年年底數(shù)據(jù)顯示，推出僅僅兩年的Android操作系統(tǒng)已經(jīng)超越稱霸近十年的諾基亞Symbian系統(tǒng)，躍居全球最受歡迎的智能手機(jī)平臺(tái)。Android 操作系統(tǒng)最大的特色就是開放，不存在任何專有權(quán)的限制，可以搜索到眾多開源代碼，是一個(gè)實(shí)用操作性強(qiáng)的平臺(tái)。Android系統(tǒng)架構(gòu)采用了分層的架構(gòu)，從圖36可以看出，Android分為5個(gè)層，分別是：Linux Kernel、Libraries、Android Runtime、Application Framework、Applications[19]。 Android系統(tǒng)架構(gòu)圖 Android系統(tǒng)設(shè)計(jì) android智能手機(jī)APP開發(fā)使用簡(jiǎn)單，成本較低，用作穿戴式裝備的客戶端控制是十分適合的選擇。利用android客戶端可根據(jù)智能泳帽使用者對(duì)水性的熟悉程度設(shè)置報(bào)警時(shí)間時(shí)長(zhǎng)。 Android智能泳帽客戶端按下menu鍵，選擇泳帽設(shè)備，通過(guò)藍(lán)牙裝置與泳帽上藍(lán)牙模塊匹配連接上。連接上泳帽設(shè)置后，可進(jìn)行下面操作。按下按鍵3分別設(shè)置三種時(shí)間模式，設(shè)置泳帽在水中的安全時(shí)間。按下查詢鍵，查詢當(dāng)前設(shè)置安全時(shí)間按下游泳小tips，看當(dāng)前溺水急救資料與游泳相關(guān)知識(shí)。泳帽設(shè)置好時(shí)間后把時(shí)間保存在內(nèi)存中實(shí)現(xiàn)掉電保存。當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)狀況，客戶端彈出緊急提醒對(duì)話框，并伴有強(qiáng)烈震動(dòng)與聲音報(bào)警，力求讓使用者一定要意識(shí)到報(bào)警狀態(tài)。按下確定后，解除報(bào)警狀態(tài)，震動(dòng)與聲音取消。 手機(jī)界面操作 如果一個(gè)進(jìn)程集合中的每個(gè)進(jìn)程都在等待只能由該進(jìn)程集合中的其他進(jìn)程才能引發(fā)的時(shí)間，那么該進(jìn)程集合就是死鎖的。通信死鎖是指發(fā)生在通信系統(tǒng)中的一種死鎖，一種普遍的情形是A向B發(fā)送請(qǐng)求信息，然后阻塞直至B回復(fù)，假設(shè)請(qǐng)求消息丟失，A將阻塞以等待回復(fù)，而B會(huì)阻塞等待一個(gè)向其發(fā)送命令的請(qǐng)求，因此發(fā)生通信死鎖。我們?cè)O(shè)計(jì)的報(bào)警流程是這樣的：泳帽的NRF模塊向手環(huán)的NRF模塊發(fā)出數(shù)據(jù)包，當(dāng)手環(huán)接收到數(shù)據(jù)包時(shí)，LED燈亮，蜂鳴器響，同時(shí)向泳帽端返回一個(gè)數(shù)據(jù)包，如手環(huán)沒(méi)有接收到數(shù)據(jù)包，則泳帽端發(fā)送另一個(gè)數(shù)據(jù)包到緊急報(bào)警終端，終端收到后發(fā)出警報(bào)聲并發(fā)出信息到設(shè)定好的手機(jī)。而在調(diào)試過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，程序運(yùn)行過(guò)程會(huì)出現(xiàn)一種很奇怪的現(xiàn)象：泳帽向手環(huán)發(fā)出求救數(shù)據(jù)包后，手環(huán)并沒(méi)有進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，而緊急報(bào)警終端也沒(méi)有作出應(yīng)有的反應(yīng)，而且程序無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，需重新復(fù)位。這個(gè)問(wèn)題困擾了我們很久，后來(lái)經(jīng)過(guò)查閱資料，了解了死鎖的概念以及發(fā)生條件，修改了程序，成功破壞了死鎖發(fā)生的占有和等待條件，成功消除了bug. 第五章 功能特點(diǎn)及產(chǎn)品推廣（1）作品具有極強(qiáng)的針對(duì)性，適合于小孩或者游泳初學(xué)者。（2）當(dāng)水位傳感器，在預(yù)設(shè)定時(shí)間內(nèi)還處于水中，達(dá)到溺水條件，泳帽自身發(fā)出報(bào)警信號(hào)方便其他人確定位置，馬上執(zhí)行救援。（3）泳帽電路通過(guò)NRF模塊向救生員手上手環(huán)NRF模塊發(fā)出求救信號(hào)，救生員手上NRF會(huì)返回一個(gè)信號(hào)反饋泳帽。（4）泳帽向手環(huán)報(bào)警同時(shí)也會(huì)通過(guò)藍(lán)牙模塊向手機(jī)android客戶端發(fā)送信號(hào)，手機(jī)android識(shí)別到是求救信號(hào)之后，手機(jī)彈出警告窗口，并伴隨震動(dòng)提醒手機(jī)使用者。（5）設(shè)置緊急報(bào)警終端，當(dāng)救生員手上手環(huán)接收不到求救信號(hào)時(shí)，泳帽沒(méi)有收到反饋信號(hào)時(shí)候，馬上發(fā)給固定在游泳地方附近的緊急報(bào)警終端，終端接收到信號(hào)之后馬上通過(guò)GSM模塊發(fā)出信息到報(bào)警處。徹底保證泳帽使用者的安全。本作品有極強(qiáng)的市場(chǎng)推廣性，一方面可以面向兒童和游泳初學(xué)者，面向人群人數(shù)較多而且市場(chǎng)廣闊，尤其是其實(shí)用性很強(qiáng)，所以推廣也較為方便而且快速；另一方面可以向游泳池供應(yīng)商推廣，游泳池的安全性對(duì)游泳池游泳人群的吸引程度很大，所以游泳池的所有者在開游泳產(chǎn)所時(shí)可大量購(gòu)買本安全產(chǎn)品，以提高顧客數(shù)量。同時(shí)，本作品也可以把家長(zhǎng)作為消費(fèi)人群，因?yàn)楫a(chǎn)品也可以推廣成為獨(dú)立性較強(qiáng)的安全產(chǎn)品。并且有以下特性： （1）實(shí)用創(chuàng)新性：我們的創(chuàng)意本著保障夏天孩子游泳安全，做出該作品，已經(jīng)對(duì)該作品申請(qǐng)專利保護(hù)。 （2）安全可靠性：保護(hù)人身安全是該產(chǎn)品最重要的也是唯一的目標(biāo)。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，產(chǎn)品能檢測(cè)到溺水狀態(tài)成功率近乎百分之一百。而且采用多種通訊方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警，確保求救信息可以成功發(fā)送到附近急救設(shè)備和急救人員上。事故保障率高達(dá)近乎百分之一百。 （3）客觀經(jīng)濟(jì)性：整套設(shè)備采取成本較低但是可靠的通訊模塊。25元的成本適用于廣大人民群眾。可達(dá)到以低價(jià)保障安全的目的。 （4）節(jié)能低功耗性：作為可穿戴式裝備，節(jié)能低功耗是最必須具有的特性。模塊選擇與芯片編程，我們都把節(jié)能與成本放在首位，低功耗模式使其成為名符其實(shí)穿戴式裝備。經(jīng)檢測(cè)與計(jì)算，按照事故概率計(jì)算耗電期望，可算出設(shè)備能持續(xù)工作25天。 （5）穿戴舒適：設(shè)備電路微型化生產(chǎn)，質(zhì)量低，把電路安裝在泳帽上，不會(huì)產(chǎn)生不適感，不會(huì)影響對(duì)游泳者游泳整體感覺(jué)。第六章 測(cè)試結(jié)果6．1測(cè)試裝備數(shù)字萬(wàn)用表1臺(tái)穩(wěn)壓直流電源1臺(tái)智能手機(jī)1臺(tái) 報(bào)警端手機(jī)1臺(tái) 水1瓶 藍(lán)牙模塊供電電壓及工作電流，NRF模塊供電電壓及工作電流，單片機(jī)供電電壓及工作電流，高亮燈工作電流及工作電壓、鋰電池儲(chǔ)存電能。分別把NRF模塊，藍(lán)牙模塊單獨(dú)測(cè)試工作電壓，，電池輸出電壓4V；單片機(jī)活動(dòng)模式電流為160uA，藍(lán)牙模塊工作是電流為12mA，；CPU停止工作，外圍模塊同時(shí)處于低功耗模式，單片機(jī)待機(jī)電流1uA,。用塑料袋套住整塊ＮＲＦ或是藍(lán)牙以及開發(fā)板置于水中，結(jié)果通訊正常。 測(cè)試一：電路組合起來(lái)直接設(shè)置在泳帽上，把泳帽放入水中。到達(dá)設(shè)置時(shí)間前拿起泳帽，游泳池救生員手環(huán)沒(méi)有收到報(bào)警信號(hào)，緊急報(bào)警終端沒(méi)有收到信號(hào)，手機(jī)androidAPP沒(méi)有收到報(bào)警信號(hào)。測(cè)試二，在藍(lán)牙和NRF連接范圍內(nèi)和在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)不拿起泳帽，泳帽自身發(fā)出燈光報(bào)警信號(hào)，救生員手環(huán)收到報(bào)警信號(hào)，發(fā)出聲音和燈光報(bào)警，振動(dòng)器震動(dòng)提醒救生員，手機(jī)android震動(dòng)并彈窗顯示報(bào)警信號(hào)。測(cè)試三：在NRF和藍(lán)牙連接范圍外，在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)不拿起泳帽，救生員手環(huán)沒(méi)有報(bào)警，手機(jī)沒(méi)有報(bào)警，緊急終端報(bào)警發(fā)出警報(bào)，GSM預(yù)設(shè)報(bào)警電話號(hào)碼收到有人溺水信息。當(dāng)把手環(huán)再次放在NRF連接范圍內(nèi)，手環(huán)再次收到求救信號(hào)并發(fā)出報(bào)警信息。測(cè)試四：重新開啟泳帽開關(guān)，按下手動(dòng)報(bào)警按鍵，兩種報(bào)警方式正常工作。測(cè)試五：在不同的游泳池放下泳帽，短信提醒溺水者位于哪個(gè)游泳池，同時(shí)對(duì)應(yīng)的接收端的信號(hào)燈亮。測(cè)試六：用手機(jī)app設(shè)置不同時(shí)間，按查詢鍵成功查詢到所設(shè)置的時(shí)間，將泳帽放入水中，報(bào)警時(shí)間與預(yù)設(shè)時(shí)間相同。測(cè)試七：設(shè)置好時(shí)間后關(guān)閉電源，重啟電源，將泳帽放入水中，報(bào)警時(shí)間仍然與上次關(guān)閉電源時(shí)的所設(shè)時(shí)間一致，實(shí)現(xiàn)了掉電保護(hù)重要數(shù)據(jù)。 功耗檢測(cè)計(jì)算本作品采用4V的鋰電池供電，其電流輸出為600mAh，所以一次能儲(chǔ)存的電能約為：報(bào)警時(shí)，單片機(jī)處于活動(dòng)狀態(tài)，測(cè)得其活動(dòng)模式耗電為160uA，則單片機(jī)在報(bào)警時(shí)消耗的功率約為：，藍(lán)牙模塊工作是電流為12mA，故報(bào)警時(shí)各個(gè)模塊總消耗的功率約為：待機(jī)模式下，單片機(jī)處于低功耗模式，CPU停止工作，外圍模塊同時(shí)處于低功耗模式，單片機(jī)待機(jī)電流1uA,，高亮燈處于關(guān)閉狀態(tài)，無(wú)電能損耗，綜上，系統(tǒng)處于平時(shí)的待機(jī)狀態(tài)所消耗的功率約為：如按事故發(fā)生概率1%計(jì)算，大部分時(shí)間泳帽處于低功耗的待機(jī)模式，只有少部分時(shí)間會(huì)消耗大部分電能，綜上可算出每次充電電池所能提供系統(tǒng)正常工作的時(shí)間約為：≈31天(低功耗模式下)從以上計(jì)算可知，一次充電可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在31天內(nèi)能正常工作，一次充電后工作的時(shí)間超長(zhǎng)，既方便使用者使用，也實(shí)現(xiàn)了電能的節(jié)省。結(jié)束語(yǔ)本次比賽一開始打算做類似于谷歌眼鏡和蘋果iwatch類似產(chǎn)品，但是這類產(chǎn)品在市場(chǎng)方面已經(jīng)比較成熟，而且創(chuàng)新性不高，技術(shù)上比不過(guò)別人，成本也比較高，在這方面已經(jīng)沒(méi)有繼續(xù)的必要，而且會(huì)與其他隊(duì)伍作品類似，突出不了我們創(chuàng)新性。于是我們針對(duì)弱勢(shì)群體希望可以做出利用低成本產(chǎn)生針對(duì)性強(qiáng)實(shí)用性強(qiáng)的產(chǎn)品。從新聞媒體得知，每一年在游泳池沙灘或者自家游泳池發(fā)生的溺水事故在我國(guó)案例高居不下，于是我們根據(jù)社會(huì)上情況，希望做出一個(gè)可以智能化的馬上可以發(fā)出求救信號(hào)的穿戴式裝備。于是我們的可穿戴式泳帽應(yīng)運(yùn)而生。在制作過(guò)程中我們不斷完善求救機(jī)制，力求可以把求救信號(hào)更快更準(zhǔn)地發(fā)送到附近的人上，達(dá)到爭(zhēng)取一分一秒拯救生命的目的。我們會(huì)不斷完善本作品，并加以推廣，希望在可穿戴式電子類產(chǎn)品領(lǐng)域能夠在造福人類方面能產(chǎn)生比較好的影響。附錄一：元件清單產(chǎn)品主要部分元件清單：名稱數(shù)量?jī)r(jià)格（元）藍(lán)牙模塊110NRF24L0124鋰電池28水位監(jiān)測(cè)模塊12MSP430單片機(jī)21總計(jì)花費(fèi)：25 元附錄二：程序代碼Android客戶端主要代碼：public void onCreate(Bundle savedInstanceState) { (savedInstanceState)。 if(D) (TAG, +++ ON CREATE +++)。 ()。 (this)。 ()。//